某商务中心酒店地源热泵中央空调工程可行性研究报告.docx

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某商务中心酒店地源热泵中央空调工程可行性研究报告

某商务中心酒店地源热泵中央空调工程

可行性研究报告

一、工程概况

该项目为XX洛城商务酒店，地处洛城大道。

该建筑由两座塔楼和裙房组成。

酒店总建筑面积34866m2，空调面积25546m2，该建筑拟采用地源热泵系统提供采暖和空调。

二、气象环境参数及负荷估算

1．地温温度参数及执行标准

该地区地温全年大约维持在18度左右，作为地源热泵系统得热源和冷源非常适合，充分利用这一资源，不仅可以节约大量的能源，同时又可避免由于大量燃煤产生的环境污染，可为城市的大气污染治理提供一种可行的思路和途径。

◆执行标准规范

《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005

《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005

《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87

《高层民用建筑设计防火规范》GB500-45-95

《采暖通风与空气调节制图标准》GBJ114-88

《建筑设计防火规范》GBJ16-87

《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002

《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002

《人民防空工程设计防火规范》GBJ98-87

《简明空调设计手册》

业主提供的图纸及资料

2．室外空气计算参数

XX地区气候温和湿润，雨量充沛，属长江下游海洋性温湿气候带。

据市气象台统计资料：

85～87年的年平均降水量为1241.3mm，年平均蒸发量为1290.5mm，年平均相对湿度79%，年平均气温15.4℃，最高气温37.7℃（85年7月）；1月份平均最低气温-0.83℃，最低气温-8℃（86年1月）。

气候总的特点是：

冬季偏北风为主，受北方大陆冷空气侵袭，干燥寒冷；夏季以东南风为主导风，受海洋季风的影响，炎热湿润；其中春夏之交的“梅雨”天气是江南地区特有的气候特征，天气闷热、多雨、湿气较大。

3．地质情况

XX位于扬子准地台下扬子台褶带东端。

印支运动（距今约2.3亿年）使该区褶皱上升成陆，燕山运动发生，使地壳进一步褶皱断裂，并伴之强烈的岩浆侵入和火山喷发。

白垩纪晚世，渐趋宁静，该区构造格架基本定型。

进入新生代，地壳运动总的趋势是山区缓慢上升，平原区缓慢沉降，并时有短暂海侵。

XX地层隶属于江南地层区，区内第四纪沉积物覆盖广泛，以松散碎屑沉积为主，厚度100～120m，分布广泛，发育齐全，岩性岩相复杂多样，沉积连续，层序清晰。

基岩主要出露于西部和南部山区。

4.冷热负荷估算

按照《公共建筑节能设计标准》要求，公共建筑空气调节系统冬季空调室内设计温度宜取20℃，夏季空调室内温度宜取25℃。

该建筑的总空调面积约为25546m2。

选主机时制热每平方按107W，制冷每平方按140W。

冬夏季冷热负荷：

冬季总的计算热负荷为2737KW，夏季总的计算冷负荷为3592KW,具体各楼的负荷如下：

5．主要空调设备

系统的核心设备热泵机组选用螺杆式地源热泵机组：

总冷负荷为3592KW，本案可选用2台螺杆式地源热泵机组，单台热泵机组最大供冷能力为1796kW，供热能力为1976kW。

三、地源系统介绍

（一）.系统原理

地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由地（水）源热

泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热及空调系统。

利用地球所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统。

它利用地下常温土壤或地下水温度相对稳定的特性。

A、夏季制冷模式

夏季通过地源热泵主机将地下恒温带18℃左右的低品位地热能提升成7℃左右的高品位冷源，然后通过水泵将载有高品位冷量的冷冻水输送到布置在各个功能区域的风机盘管，通过空调风口布置及气流组织设计保证每个功能区域持续保持适宜温度。

B、冬季制热模式

冬季则通过地源热泵主机将地下恒温带14℃左右的夏季蓄存的能源提升成

45℃左右的高品位热源，然后通过水泵将载有高品位热量的热水输送到布置在

各个功能区域地热管路，实现每个区域域持续保持适宜温度。

（二）.系统特点:

1、可再生性:

地源热泵系统是一种利用地球所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统，地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。

地表土壤和水体是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量）；它又是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的平衡，地源热泵系统技术的成功使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为现实。

2、高效节能:

水源热泵机组利用土壤或水体温度冬季为12-22℃，温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高；土壤或水体温度夏季为18-32℃，温度比环境空气温度低，制冷系统冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率大大提高，可以节约30--40%的供热制冷空调的运行费用，1KW的电能可以得到4KW以上的热量或5KW以上冷量。

3、此外，这种空调不会破坏臭氧层。

使用过程中也无任何排出物，对水资源不会造成消耗、破坏或影响。

据测算，若安装地源热泵40万台，和采用“化石能源”比，相当于降低温室气体排放100万吨，和50万辆汽车的污染排放物。

热泵空调在每个房间都有单独的能量分配器，可以自主调节温度。

我国地热资源丰富发展空间巨大。

我国是一个以中低温地热资源为主的国家，近10年来地热直接利用均以每年10%速率增长。

地源热泵是一种值得推广的可再生能源利用技术。

地热并不只存在于地壳深处或温泉等可开采的热水，地表浅层的“恒温层”就可大面积应用。

4、“地热空调”市场现状

早在上世纪50年代，地源热泵就在北欧国家使用，70年代石油危机时在西方世界得到推广。

美国目前已安装了40万台地热空调，1998年，美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中这项技术在新建筑中的应用高达30％。

美国能源部正在计划未来几年达到年装40万台地源热泵的目标。

在国内，从进入90年代，我国就兴起了地热直接利用的高潮，尤其在高纬度寒冷的三北（东北、华北、西北）地区，加大了以地热供暖为主的开发力度。

这项工作的开展不仅减少了大量有害物质的排放，而且还能取得明显的经济效益。

除此之外，目前北京、天津、西安等地正在利用热泵技术等多种形式进行示范工程并逐渐推广。

东南沿海地区在发展旅游业的同时利用地热进行制冷和烘干。

需要特别加以指出的是随着热泵技术的发展和采用，中低温热水在全国正以强劲势头向规模化、产业化方向健康发展。

特别在北京为保护环境及2008年的"绿色奥运"，地热作为一种"绿色"能源将得到更加广泛的利用。

5、“地热空调”节能更省钱

对普通居民来说，地热空调和普通家用空调，谁更划算？

地热空调运行费用要比中央空调低近一半，算上初始投资，四五年后二者总费用就相当。

若是选择土质松软、接近河湖（地下水丰富）的地方，地热空调安装、运行费用还将大大降低。

设备投资上，地源热泵聚乙烯换热管埋下去可用50年，空调机结构简单，运转部件少，20年不用维修，一次投入，长期受益。

6、如今能源成为经济发展的“指南针”。

国际能源专家普遍认为，新能源和可再生能源是21世纪将得到快速发展的能源。

我国地热资源丰富，应该抓住这一良遇，加速地热的开发，为我国可持续发展及环境保护作出积极贡献。

（三）.地源热泵系统技术

1、地源热泵技术又称地热泵技术，是一种利用浅层常温土壤中的能量作为能源的先进的高效节能、无污染、低运行成本的既可供暖又可制冷的新型空调技术。

地热泵技术是利用地下常温土壤或地下水温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水与建物内部完成热交换的装置。

它完全不需要任何的人工热源，彻底取代了锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。

冬季它代替锅炉从土壤中取热，向建筑物供暖；夏季它代替普通空调向土壤排热给建筑物制冷。

同时，它还能供应生活热水，被称为二十一世纪的“绿色空调技术”。

2、目前国际上有两种地源热泵技术路线：

土--气型地源热泵技术和水--水型地源热泵技术，土--气型地源热泵技术以美国的技术为代表，水--水地源热泵技术以北欧的技术为代表。

二者的差别是：

前者从浅层土壤或地下水中取热或向其排热，通过分散布置于各个房间的地源热泵机组直接转换成热风或冷风为房间供暖或制冷。

后者是从地下水中取热或向其排热，经过热泵机组转换成热水或冷水，然后再经过布置在各个房间的风机盘管转换成热风或冷风给房间供暖或制冷。

由于美国的土--气型地源热泵技术，可以不用地下水，采用埋设垂直管、水平管或向地表水抛设管路等多种方式，直接从浅层土壤取效或向其排热，不受地下水开采的限制，推广的范围更大、更灵活。

另外由于美国技术减少了地热转换成热水和冷水的过程其热损失减少，能源效率更高，供暖、制冷运行费用更低。

3、地热泵技术具有明显减排温室气体和应用地区广泛等特点

由于地热泵供暖时70％以上的能源来源于土壤中的能量，30％以下的能源来源于电能，所以用它替代冬季采暖锅炉，至少可减排温室气体70％以上。

如能大面积推广，可明显减排温室气体。

另外，土--气型地热泵技术所利用的能源是常温土壤中的能量，并不需要特殊的地热田或地下热水。

它只要有足够进行热交换的浅层土壤（-3.5℃以上的土壤或地下水）就可满足地热泵所要求的技术条件。

中国城市中约有30－50％的建筑物具备此条件，可以使用地源热泵。

从气候区上看，从寒冷的黑龙江到炎热的海南岛都可使用。

世界上绝大多数国家也具备应用地热泵技术的条件。

同时它不消耗也不污染地下水。

在利用地下水时，地热泵只向水中排热或吸热，并不用水，所抽取的地下水要全部回灌地下。

4、地热泵利用的是可再生能源，永无枯竭　　

地热泵从浅层常温土壤中取热或向其排热，浅层土壤之热能来源于太阳能，它永无枯竭，是一种可再生能源。

所以，当使用地热泵时，其土壤热源可自行补充，持续使用，不存在资源枯竭问题。

5、高效节能，运行费用低　　

在供暖时，地热泵技术可将土壤中的能“搬运”至室内，其能量70％以上来自土壤，制热系数高达3.5-5，而锅炉仅为0.7-0.9，可比锅炉节省70％以上的能源和40%一60％运行费用；制冷时要比普通空调节能40％-50％，运行费用降低40％以上。

高节能、低运行费用，为商业推广创造了条件。

6、地热泵在欧、美是一种非常成熟的已完全商业化了的技术　　

在美国、加拿大和北欧国家和地区，地热泵技术已得到广泛地应用，推广速度以每年15％的速度递增，形成了从制造商、工程商到培训机构、技术开发机构、专业管理机构等一整套完整的产业体系。

国际地热泵协会（IGSHPA）、美国地热泵协会（GHPC）已建立，他们己完全实现了商业化。

7、地热泵技术可实现分户计量、可分期投资，不设室外机　　

由于地源热泵是分散布置在各户或各室的，它和普通家用空调一样，实行单独电费计量，克服了锅炉采暖和中央空调制冷时的分户计量难题。

正由于它是分散安装的，可分期分批投资，解决了中央空调机组必须一次投资到位的要求，从而降低了融资成本。

地源热泵空调，没有室外机和冷却塔，建筑物立面更清洁、更美观。

四、国家关于地源热泵空调技术的相关政策

1、国家大力提倡和鼓励可再生、可持续发展能源——地热的发展利用，相继出台了一系列法规和政策。

随着地球上不可再生能源（煤、石油、天然气）的不断消耗，充分开发利用地下土壤中蕴含的巨大的低品位热源这一可再生的、清洁的能源，正越来越多的受到人们的关注。

我国的可再生能源，尤其是地下土壤中蕴含的能源，具有很大的开发利用潜力。

2、加快建设资源节约型、环境友好型社会，是党中央、国务院在新形势下作出的重大战略决策，建设节约型建筑是整个社会落实这一战略决策的重要举措。

深入开展节约型社会建设工作，不仅可以促进资源节约，降低建筑成本，在社会起到示范和带动作用，还有利于促使广大人民树立节能环保意识，掌握节能环保技能，对我国经济和社会发展产生深远影响。

节能节水工作是节约型社会建设的重要内容之一，加强节能节水工作，将有效地促进人类节约型社会建设的全面开展。

根据《住房和城乡建设部、教育部》文件建科[2008]90号的文件精神。

各高等学校应针对不同建筑特点和能源消费类型，在能耗统计、能源审计基础上，对既有高耗能建筑的围护结构、中央空调、采暖、照明和用电设备等进行了节能改造，对用电设备和电力分配系统进行系统性诊断和分析，加装节电设备，实现用电系统整体优化，提高电效。

积极采用节水系统、节水器具和设备，合理利用非传统水源。

充分利用自然资源和可再生能源，积极推广使用浅层热泵、新能源，扩大可再生能源使用范围。

有利于推动我国循环经济和可持续发展战略的进程。

3、具体规定：

一、《中华人民共和国节约能源法》第四条规定：

“国家鼓励开发利用新能源和可再生能源”，而地源热泵所使用的地热能正是属于可再生能源。

二、建设部《民用建筑节能管理规定》第四条规定：

“国家鼓励发展太阳能、地热等可再生能源的应用技术和设备”。

三、国家经贸委《2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点》指出：

“积极推广地热采暖和地热发电技术”，“加快地源热泵技术的引进和开发，加速国产化。

要大力开拓地热采暖市场，到2005、2010、2015年地热采暖面积分别达到1500万、2250万、3000万平方米。

要积极推动地热的综合利用”。

四、夏热冬冷地区《居住建筑节能设计标准》（JGJ134—2001，J116—2001）第6.0.7条：

具备有地面水资源（如江河、湖水等），有适合水资源热泵运行温度的废水等水源条件时，居住建筑采暖、空调设备宜采用水源热泵。

当采用地下井水为水源时，应确保有回灌措施，确保水源不被污染，并应符合当地有关规定；具备可供地热源热泵机组埋管用的土壤面积时，宜采用埋管式地热源热泵。

”

五、夏热冬暖地区《居住建筑节能设计标准》（JGJ75-2003）：

:

水源热泵（地表水、地下水、封闭水环路式水源热泵）应用水作为机组的冷（热）源，可以应用河、湖及海水，地下水，废水等。

至于地热源（大地耦合式）热泵，从原理上看，其实也是水源热泵的一种，只是将水通过埋设在土壤中的、一种传热效果较好的塑料管来吸取土壤热量（制热时）及排出热量（制冷时）到土壤中。

与空气源热泵相比，它的优点是出力稳定，效率高，当然也没有除霜问题。

当有地下水、河湖水及其他水资源或土壤热源可利用时，可大大降低运行费用。

但水源热泵必需有一个水系统，如果采取打井取用地下水，必须确保有（真正的）回灌措施以及确保水源不被污染，并必须符合当地环保部门有关规定。

否则，会引起水资源保护及环境问题。

如果在该建筑附近有一定面积的土壤可以埋设专门的塑料管道（水平开槽埋设或垂直钻孔埋设），可以采用地热源热泵机组，它利用土壤作热源和热汇，通过在管道里流动的水进行热交换，有较高的能效比，并有利于环保。

六、《建设部建筑节能“十五”计划纲要》中明确指出“十五”期间建筑节能工作的重点之一是：

“大力推进太阳能、河水、湖水、海水与地下能源及其他可再生能源在建筑中利用的的工作。

七、《建设部建筑节能“十五”计划纲要》中列出的18项拟重点开展的科技项目其中的第13项指出：

“地源热泵及水源热泵技术系统开发与工程应用”。

八、国家发展改革委办公厅2005年关于《组织实施可再生能源和新能源高技术产业化专项的通知》（发改办高技[2005]509号）中专项的主要内容第（三）项列出：

“太阳能供热和地源热泵供热（制冷）。

开展新型太阳能热水器和地源热泵系统产业化。

包括高可靠性新型真空管集热器、大面积中高温太阳能热水系统、全天候太阳能热水系统、高效地源热泵及其配套系统。

”

九、2005年11月30日，中华人民共和国国家标准GB50366-2005《地源热泵系统工程技术规范》发布。

十、《地下水空调技术》：

地热用于供热采暖，按全国各地的实际经验，证明是经济可行的。

同时，地热采暖可以获得如下更大的社会经济效益：

（1）节约大量的常规能源——煤、油、天然气或电。

按京津地区的气候条件，如果采用地热供暖，相当于每户居民每个冬季可节约2.6t原煤，这样可以大大减轻煤炭供应紧张的局面；

（2）改善环境，消除燃煤小火炉的污染源；

（3）改善因运煤，运炉渣等垃圾所造成的运输紧张状况；

（4）减少堆放煤炭所占用的场地，而且采用地热供暖，生活要舒适得多，卫生条件也得到改观。

十一、《高层建筑空调设计》231页：

一般来讲，10m深的土壤温度相当于该地区全年的平均气温。

因此在室外气温很低的日子里，土壤温度比空气温度高得多，土壤作为热泵热源时，热泵的性能仍会相当好。

有些工程中采用土壤中埋入地管的方法来节能。

十二、《采暖通风与空气调节设计规范》79页：

夏热冬冷地区、干旱缺水地区的中、小型建筑可采用空气源热泵或地下埋管式地源热泵冷（热）水机组供冷、供热；

有天然水等资源可供利用时，可采用水源热泵冷（热）水机组供冷、供热；

全年进行空气调节，且各房间或区域负荷特性相差较大，需要长时间向建筑物同时供热和供冷时，经技术经济比较后，可采用水环热泵空气调节系统供冷、供热；

十三、《公共建筑节能设计标准》5.4.2条：

具有天然水资源或地热源可供利用时，宜采用水（地）源热泵供冷、供热技术。

5.3.11条：

对有较大内区且常年有稳定的大量余热的办公、商业等建筑，宜采用水环热泵空气调节系统。

五、地源热泵系统与水冷螺杆+锅炉空调系统对比

项目

地源热泵系统

水冷螺杆+锅炉空调系统

工程施工

机组连接循环水管和电缆即可投入使用。

由于管径小，可直接采用镀锌钢管、PVC或PPR管，管路连接非常简单、无须焊接。

管路压力很小，渗漏可以完全避免。

锅炉需要考虑天然气等燃料的接入申请，必须设置独立的锅炉房。

系统控制

可以在室内监视控制机组所有运行状态、可对机组进行集中监控。

冷热源的切换只能人工切换

运行效率

1、制冷效率：

5.6

2、制冷效率：

4.6

1、制冷效率：

4.7

2、制热效率：

低于0.8

环保

没有污染物的排放

需要排放大量的CO、CO2等废气

防锈、防腐蚀

机组外壳及内部钢制部件采用每平方米镀锌重量大于225克的重型镀锌钢板制成，防锈防腐性能优良。

设计使用寿命20年。

内膛温度高，内膛材料容易老化，设计使用寿命10年以内。

管理维护

1、系统可靠性高：

水源热泵系统空调循环水管采用镀锌钢管、PVC或PPR管连接，各支管与总管可通过阀门切换方便检修，无须全系统停止运行。

2、系统改造方便，当办公大楼平面布置发生变化时可以快捷地改变空调布置适应新的平面布局。

3、维护检修方便，普通管道工即可胜任。

1、维护检修复杂，需要经特殊培训的专业人员才能进行。

2、设备必须安排人员三班值守。

一次投资

高

较高

机房占地

当使用水-水机组时，需要小型机房，面积较小；使用水-空气吊装空调就不需要专门的机房

空调机房和锅炉房需要分开设置，暂用有效面积

使用寿命

寿命最长，可达35000小时及以上

一般为17000小时以内

特别适用的

范围

有一定的占地面积，或有湖泊、河流、池塘等水源，或地下水资源丰富的地区

没有特殊要求

2

六、经济性分析

1.初投资概算

地源热泵系统初投资概算：

室内部分约900万元，室外打井部分约400万元，总计约1400万元；

水冷螺杆+锅炉系统初投资概算：

水冷螺杆系统部分约900万元，锅炉系统80万元，锅炉机房建设费用约20万元，总计约1000万元。

2.运行费用概算

设计冷负荷：

约309万kcal/h（3592kW）

设计热负荷：

约235万kcal/h（2733kW）

设计生活热水：

约50吨55度热水。

建筑物用途：

酒店

制冷运行时间：

6-9月份，每天运行24小时，每月30天，制冷全年运行2880小时；制热运行时间12-3月份，每天运行24小时，每月30天；制热全年运行2880小时。

一年的机器制冷总容量：

3592×2880=10344960kw

一年的机器制热总容量：

2733×2880=7986240kw

一年的生活热水总用量：

50吨×365天=18250吨

比较方式：

全年度总耗电量比较及全年总COP值（以一年的机器制冷制热容量总和除以一年总耗电量和总能耗）进行比较

（1）地源热泵系统运行费用概算

⊙地源系统制冷时EER值：

5.61制热时COP值：

4.66

⊙一年主机制冷时总耗电量：

10344960kw÷5.61=1844021kwh

⊙一年主机制热时总耗电量：

7986240kw÷4.66=1713785kwh

⊙室内风机及水泵的启停率为70%

⊙室内风机盘管耗电量：

0.096kw×790台×70%×2880h×2=305786kwh

⊙使用侧循环水泵耗电量：

45kw×1台×70%×2880h×2=181440kwh

⊙热源侧循环水泵耗电量：

37kw×1台×70%×2880h×2=149184kwh

⊙制取生活热水耗电量（夏季热回收）:

（18250吨-6000吨）×10kwh/吨=122500kwh

⊙合计：

4206446kwh（电费1元/度：

4206446元）

（2）水冷螺杆机+锅炉系统运行费用概算

⊙水冷系统制冷时EER值：

4.7，制热时COP值：

0.8

⊙天然气热值8500kcal/m3，天然气锅炉效率以80%计算，单价为2.5元/m3

⊙一年主机制冷时总耗电量：

10344960kw÷4.7=2201055kwh

⊙一年主机制热时总耗气量：

7986240kwx860÷8500kcal/m3÷0.8=1010024m3

一年间天然气费用为：

1010024m3x2.5元/m3=2525060元

⊙一年制取生活热水耗气量:

18250吨×40000kcal/吨÷8500kcal/m3÷0.8=107352m3

一年间天然气费用为：

107352m3x2.5元/m3=268382元

⊙室内风机及水泵的启停率为70%

⊙室内风机盘管耗电量：

0.096kw×790台×70%×2880h×2=305786kwh

⊙使用侧循环水泵耗电量：

45kw×1台×70%×2880h×2=181440kwh

⊙冷却水循环水泵耗电量：

37kw×1台×70%×2880h×2=149184kwh

⊙冷却塔耗电量：

11kw×2台×70%×2880h×2=88704kwh

⊙锅炉房工人工资：

每年20000元×3人=60000元

⊙合计：

电费2926169kwh（电费1元/度：

2926169元），天然气费用为：

2793442元，工人工资60000元，总计5779611元

注：

1.以上为满负荷使用空调的估值，若入住率为50%，这可在以上数据乘上50%。

（3）两种方案的运行费用比较

年运行费比较表

项目

地源热泵

水冷螺杆+锅炉系统

系统年运行费用（万元）

4206446

5779611

使用地源热泵年节约费用（万元）

1573165

（4）两种方案十年总费用比较

十年总费用比较表

项目

地源热泵

水冷螺杆+锅炉系统

系统初投资（万元）

1400

1000

系统年运行费用（万元）

420.6446

577.9611

十年总费用（万元）

4206.446

5779.611

十年节约费用（万元）

15731650

从经济分析来看，地源热泵系统初投资比水冷螺杆+锅炉系统高，但其运行费用大大低于水冷螺杆+锅炉系统。

系统运行十年时，项目有明显的收益。

七、结论

1随着人类社会的进步与发展，越来越多的理论研究和实证分析表明，可持续性的经济增长需要有可持续性的能源产出作支撑。

但是，煤炭、石油、天然气等常规化石能